Een onderzoeksteam van de Charles Universiteit in Praag heeft Solarion arienae ontdekt, een uiterst zeldzame en morfologisch unieke eencellige eukaryoot die nieuwe inzichten biedt in de vroege eukaryotische evolutie. Het onderzoek, dat gepubliceerd is in *Nature*, onthult dat Solarion een herdefinieerd type vertegenwoordigt en samen met enkele mysterieuze protistenlijnen een geheel nieuwe eukaryotische supergroep (rijk), genaamd Disparia, vormt.
Opmerkelijk is dat Solarion de kenmerken van mitochondriën van zijn voorouders behoudt, waarvan werd aangenomen dat ze lange tijd verloren waren gegaan. Dit biedt een ongekend inzicht in de biologie van vroege eukaryotische cellen.
Solarion werd ontdekt in een laboratoriummonster van zee-ciliaten, waarvoor de wetenschappers zorgen droegen sinds ze deze in 2011 uit Kroatische wateren verzamelden. Pas toen de ciliaten plotseling stierven, bemerkten de wetenschappers dit nieuwe, kleine organisme, dat ze Solarion arienae noemden.
Volgens de biowetenschappers Ivan Čepička en Marek Valt van de Charles Universiteit, die de leidende auteurs van het onderzoek zijn, biedt dit organisme een kijkje in een zeer oude periode van de cellulaire evolutie die we voorheen slechts indirect konden reconstrueren.
“De cellen van Solarion zijn klein en niet erg mobiel, en we hebben ze jaren genegeerd in de cultivatie van de ciliaten. Aangezien we Solarion zelfs niet hebben opgemerkt in onze langdurige laboratoriumcultuur, zou het waarschijnlijk onopgemerkt zijn gebleven in natuurlijke monsters,” verklaart het onderzoeksteam.
De ontdekking van Solarion arienae heeft biologen ertoe aangezet een geheel nieuw rijk en type in de stamboom van het leven aan te wijzen. Door middel van genomische sequencing en uitgebreide fylogenomische analyses, tonen wetenschappers van de Charles Universiteit en hun medewerkers in de VS aan dat Solarion tot geen enkele eerder erkende belangrijke groep van eukaryoten behoort.
Er is slechts één nauwe verwant bekend, de specifieke protist Meteora sporadica. Samen vormen zij een nieuw type, Caelestes, dat samen met de protist types Provora en Hemimastigophora de herdefinieerde eukaryotische supergroep (rijk) Disparia vertegenwoordigt. Hoewel momenteel slechts enkele soorten Disparia bekend zijn, vertegenwoordigt dit een oude evolutionaire stam waarvan de overlevende leden mogelijk resten zijn van een ooit veel grotere variëteit.
Solarion komt bijna niet voor in wereldwijde databases voor ecologische DNA, ondanks het zoeken in meer dan 1,8 petabyte aan metagenomische gegevens. Het is echter enkele keren aangetroffen in sequentiële gegevens van monsters van zeesedimenten, verzameld op verschillende plaatsen ter wereld. Dit suggereert dat Solarion een lijn vertegenwoordigt die wereldwijd verspreid is, maar overal uiterst zeldzaam is. Zijn ontdekking benadrukt het belang van cultivatie-gebaseerde methoden in protistenonderzoek en de noodzaak om slecht onderzochte omgevingen te bestuderen.
Het nieuw ontdekte Solarion trekt ook de aandacht door zijn opvallende uiterlijk – als zijn kleine formaat het al mogelijk maakt om het waar te nemen. Het wordt het meest vaak aangetroffen in immobiele “zonachtige” cellen, waarvan in alle richtingen stelen van organellen, de zogenaamde celestiosomen, uitspringen. Deze unieke structuren dienen voor het vangen van bacteriële prooi en zijn gedetailleerd gevisualiseerd met behulp van 3D-elektronenmicroscopie.
In zijn levenscyclus produceert Solarion ook zeldzamere cellen met zweepstaarten (flagellen) met een opvallende morfologie die niet kan worden verward met enige andere bekende eukaryote organisme.
Een van de meest opmerkelijke aspecten van Solarion ligt in zijn mitochondriën, de organellen die energie produceren – de “elektriciteitscentrale van de cel”, waar vet- en koolhydraatmoleculen worden omgezet in chemische energie. Maar zijn mitochondriën zijn radicaal anders dan alle andere die wetenschappers eerder hebben gezien. Ze bevatten nog steeds genetische fragmenten van wat ooit een volledig afzonderlijk wezen was.
Wetenschappers geloven dat mitochondriën ooit een op zichzelf staand organisme waren, een oude bacterie. Maar op een bepaald moment in de evolutionaire geschiedenis van het leven op aarde hebben ze zich gevestigd in het eencellige lichaam van een ander organisme. Dit is bekend vanwege de achtergebleven genetische code, die zich in alle mitochondriën bevindt en afkomstig is van dezelfde oude soort.
In de loop van de tijd zijn deze twee delen zo onlosmakelijk met elkaar verbonden geraakt dat de grens tussen hen volledig vervaagd is. Nu zijn er in de meeste van onze cellen mitochondriën, vol met hun eigen (zeer verkorte) DNA-set, zonder welke we niet kunnen overleven.
Bij de meeste eukaryoten – dieren, planten, schimmels, algen en talrijke eencellige soortgenoten – bevatten mitochondriën schamele bewijzen van hun oorspronkelijke onafhankelijkheid. Maar Solarion draagt nog steeds in zijn microscopische lichaam een genetische herinnering aan dat lang vergeten tijdperk: het gen secA, dat ooit deel uitmaakte van de moleculaire gereedschapskist van de protomitochondriën, betrokken bij het transport van eiwitten door hun membranen toen zij nog zelfstandig leefden.
Dit biedt geweldig nieuws voor de endosymbionttheorie over de oorsprong van mitochondriën. Het is direct bewijs van het leven dat mitochondriën hebben geleid voordat ze volledig geïntegreerd werden in de eukaryotische cel, wat ons ongekende inzichten biedt in hoe de laatste gemeenschappelijke voorouders van eukaryoten met elkaar verbonden kunnen zijn geweest voordat ze één geheel werden.
“Solarion arienae is een opmerkelijke herinnering aan hoe weinig we nog weten over de diversiteit van microbieel leven,” merken Čepička en Valt op. “De ontdekking van zo’n evolutionair diepe oorsprong – in wezen een levend fossiel – laat zien dat sleutelstukken van de eukaryotische geschiedenis verborgen blijven op plaatsen die we zelden onderzoeken.”
